Danas je nabavljen uređaj za mjerenje površinske hrapavosti materijala (profilometar) SURTRONIC 112/1100 s kraja 1960-tih godina, proizvod danske podružnice britanske tvrtke Taylor Hobson koja je tada bila u vlasništvu britanskog konglomerata The Rank Organisation i nosila naziv Rank Taylor Hobson. S obzirom na povijest tvrtke, mjerač hrapavosti SURTRONIC 112/1100 s opisanim oznakama mogao bi se svrstati u vremensko razdoblje od 1965-1968. godine.
Tvrtka Taylor Hobson osnovana je 1886. godine (Leicester, England) i odmah u početku je formirala (jedinu) frakciju Cooke Optics orijentiranu na proizvodnju optičkih leća, u početku za teleskope. Kasnije je tvrtka proširila svoju proizvodnju na leće za fotoaparate, a tijekom 1. svjetskog rata i na optiku za vojne potrebe (objektivi za fotografiranje iz aviona, dalekozori, daljinomjeri). Nakon rata težište je prebačeno na proizvodnju leća za filmske projektore. Kako bi usavršila proizvodnju svojih optičkih leća tvrtka Taylor Hobson je u 1940-tim godinama počela razvijati prve na svijetu instrumente za provjeru finoće završne obrade površina leća i instrumente za mjerenje zaobljenosti površine.
1947. godine tvrtka Taylor Hobson (Cooke Optics ) postaje dio konglomerata The Rank Organisation koji je nastao 1937. godine i rastao uglavnom kupnjom raznih kina i filmskih studija, radio i televizijskih kuća te proizvodnih tvrtki povezanih s tom industrijom. Unutar The Rank Organisation tvrtka Rank Taylor dobiva naziv Rank Taylor Hobson. The Rank Organisation u svojem daljnjem razvoju 1968. godine spaja Rank Taylor Hobson sa nekoliko drugih sličnih kupljenih tvrtki i tako nastaje Rank Precision Industries. Raspadom The Rank Organisation 1996. godine tvrtku Taylor Hobson je prvo preuzela britanska investicijska kuća Schroder Ventures, da bi ju 2004. godine kupila američka korporacija Ametek i sada je dio Ametek grupe za ultra-precizne tehnologije. Također, 1998. godine je formirana nova tvrtka starog naziva Cooke Optics koja je otkupila optičku frakciju tvrtke Taylor Hobson i nastavila proizvoditi leće za filmsku industriju.
Prvi instrumenti robne marke Surtronic razvijeni su 1965. godine s ciljem da se proizvedu cjenovno pristupačni instrumenti za mjerenje hrapavosti površine, a već do kraja desetljeća razvijeni su instrumenti za mjerenje hrapavosti i zaobljenosti površina koji i danas spadaju u kategoriju najpreciznijih na svijetu (Talystep, Talyrond 73). Usavršavanje mjernih uređaja tvrtke Taylor Hobson za hrapavost i zaobljenost te lansiranje novih proizvoda nastavilo se kontinuirano razvijati sve do danas (robne marke Talysurf, Talyrond, Talyscan, Talylin, Talymin, Talyvel, Microform, Microptic, Nanostep, Surtronic Duo i druge), a paralelno tome su širom svijeta otvarani i novi tehnički centri i podružnice tvrtke.
Surtronic 112/1100 je mjerno pojačalo opremljeno sa podesivim ulaznim frekvencijskim filtrom Cut off i ulaznim atenuatorom Range. Na koaksijalnu priklkjučnicu Pick up dovodi se mjerni električni signal sa elektromehaničkog pretvornika igle ticala. Desno je mrežna sklopka Power.
U razdoblju od 1965 do 1968. godine tvrtka Taylor Hobson bila je u vlasništvu konglomerata The Rank Organisation i nosila naziv Rank Taylor Hobson. Od 1968. do 1996. godine proizvodi izvorne tvrtke Taylor Hobson nose naziv Rank Precision Industries. Taylor Hobson je britanska tvrtka sa sjedištem u Leicesteru, no imala je podružnice u više zemalja svijeta, između ostalih i u Danskoj odakle potječe i ovaj naš uređaj.
Uređaji za mjerenje površinske hrapavosti materijala služe za otkrivanje mikroskopskih nepravilnosti kod završnih obrada površina materijala koje ostaju nakon postupka obrade ili drugih utjecaja (hrđa, stvaranje slojeva raznih nečistoća i slično). Instrumenti koji mjere hrapavost mogu se bazirati na tri osnovne metode: kontaktnoj, beskontaktnoj i usporednoj. Usporednom metodom se ispitivana površina vizualno uspoređuje sa etalonima hrapavosti poznate vrijednosti pri čemu se koriste specijalni komparativni mikroskopi. Beskontaktne metode uglavnom uključuju različite skenere koji rade na principu mjerenja refleksije laserske zrake s površine materijala, no ovisno o namjeni mogu se upotrebljavati i druge valne duljine od ultrazvučnih, preko mikrovalnih, sve do vidljive svjetlosti pa i niže.
Naš instrument se temelji na kontaktnoj metodi. Kod takvih metoda vrlo tanka igla (ticalo) klizi po površini materijala te se njeno gibanje po neravninama površine induktivnim, piezo, optičkim ili kakvim drugim tipom pretvornika pretvara u električni signal koji se dalje pojačava za prikaz na instrumentu ili displeju. Dakle sam princip jako podsjeća na princip reprodukcije zvuka sa gramofonske ploče. Najčešće se radi o dijamantnim ili rubinskim iglama promjera nekoliko μm. Površina na kojoj vršimo mjerenje i mjerna igla moraju biti dobro fiksirani i pravilno vođeni da se spriječi utjecaj vanjskih vibracija, pomaka i drugih nepravilnosti koje mogu utjecati na mjerenje. Mi smo nabavili samo mjerni uređaj (pojačalo), no da bi mogli mjeriti hrapavost uz njega moramo imati i iglu (ticalo) sa električnim pretvornikom, mehanizam za pozicioniranje te neki električni pogon za pravilno vođenje te igle po površini materijala (npr. Surftronic Motor Drive Type: 112/1108).
Sa stražnje strane instrumenta nalazi se malo spremište za smještaj pribora koji ide uz sam instrument. Mi smo zatekli samo koaksijalni spojni kabao mjernog instrumenta sa elektromehaničkim pretvornikom igle ticala, te etalon hrapavosti za kalibraciju instrumenta (6,1 μm).
Na instrumentu Surtronic 112/1100 uočavamo dvije kontrole: Cut off i Range. Cut off predstavlja graničnu valnu duljinu u mm, odnosno filtar koji će izdvojiti samo željene valne duljine (ili frekvencije) titranja ticala prilikom njenog kretanja po neravninama materijala tijekom mjerenja. Naime, tijekom obrade površine materijala nastaje širok spektar finoća (gustoća) različitih nepravilnosti. One najfinije nepravilnosti nastaju zbog samog ograničenja u samoj finoći postupka obrade materijala i nazivamo ih hrapavost. Takve nepravilnosti će zbog velike gustoće izazivati brzo titranje igre ticala, te ćemo na izlazu iz pretvornika dobiti visoke frekvencije ili kraće valne duljine signala. S druge strane tijekom obrade mogu nastati i šire nepravilnosti odnosno svojevrsne valovitosti na površini materijala. Te valovitosti se najčešće pojavljuje zbog pogrešaka u radu stroja, greške materijala, naprezanja i drugih faktora. S obzirom da se takvi oblici ponavljaju na široj površini materijala, oni će generirati niže frekvencije, odnosno veće valne duljine u mjernom signalu. Frekvencijskim filtrom Cut off ćemo dakle izdvojiti samo onu vrstu nepravilnosti površine koja nas kod mjerenja interesira i odabir ove vrijednosti može jako utjecati na izmjereni rezultat. U praksi fino obrađene površine zahtijevaju kratke Cut off vrijednosti, a duži Cut off odabire se grublje površine i površine gdje je potrebno snimiti dulji trag (limovi). Na instrumentu Surtronic 112/1100 moguće je odabrati tri granične valne duljine od 0,075 – 0,25 – 0,75 mm i položaj High gdje je filtar isključen (na sklopki nalazimo paralelne oznake u milimetrima i inčima).
Sklopka Range služi za odabir jednog od šest mjernih opsega, a očitanja se vrše na skali 0-10 za opsege s višekratnikom 10, odnosno na skali 0-30 za mjerne opsege s višekratnikom 3. Vidimo da imamo mogućnost izbora mjernih opsega u mikrometrima ili u mikroinčima.
Dva crvena markera na skali ključna su za vizualno praćenje pomaka kazaljke tijekom mjerenja i postavljanja graničnih mjernih vrijednosti kako bi se dobila prosječna vrijednost za hrapavost mjerene površine.
Skala instrumenta je opremljena sa dva crvena markera kojima možemo označiti granične vrijednosti tolerancije hrapavosti za mjereni materijal radi lakšeg uočavanja premašivanja tih vrijednosti tijekom mjerenja. Naime, naš instrument nije ništa drugo nego mjerno pojačalo sa atenuatorom (Range) i frekvencijskim filtrom (Cut off) na ulazu te daje vrijednosti u realnom vremenu, odnosno nema nikakvih drugih sklopova koji bi izračunavali srednju vrijednost ili bilježili (memorirali) druge parametre ukupnog mjerenja. Stoga će se kazaljka instrumenta stalno pomicati kako igla ticala prelazi preko neravnina materijala jačinom koja odgovara amplitudi signala, odnosno visini neravnina (ispupčenja i udubljenja) na materijalu, pa su markeri od velike pomoći prilikom praćenja stalnih pomaka kazaljke jer je nemoguće tako brzo očitavati granične vrijednosti sa skale. Očitanje sa skale se može izvršiti samo dok je mehanizam povlačenja igle ticala preko materijala zaustavljen. Međutim, vidimo da na skali stoji oznaka “Average Micrometers – Microinches” što upućuje na mjerenje srednje vrijednosti hrapavosti u mikrometrima ili mikroinčima. Ovo se vjerojatno postiže tako da se kod mjerenja markeri pomiču na minimalne i maksimalne granične vrijednosti koje zauzme kazaljka te se na osnovu toga odredi neka prosječna vrijednost hrapavosti površine.
Za mjerač hrapavosti Surtronic 112/1100 nemamo nikakve podatke, no vidi se da je unutarnja konstrukcija relativno jednostavna, a elektronički sklop se bazira na dvije elektronske cijevi:
- ECC 83 (12AX7) – dvostruka trioda
- ECF 82 (6U8) – kombinacije triode i pentode
Elektronska cijev ECC 83 izvorno je dizajnirana za audio pojačala te ju odlikuje visok faktor pojačanja, dok je ECF 82 dizajnirana za birače frekvencija (oscilatori) i mješače TV prijemnika. Obje ove elektronske cijevi zbog svojih karakteristika često se i danas koriste za gradnju cijevnih hi-fi audio pojačala i to za stupnjeve pretpojačala ili okretača faze kod push-pull pojačala. U našem slučaju su ukupno četiri segmenta elektronskih cijevi (tri triode i pentoda) vjerojatno serijski vezane u pojačivački lanac kako smo prikazali na blok shemi.
Današnji mjerači hrapavosti redovno imaju ugrađena pojačala sa A/D pretvornicima gdje se onda digitalni podaci lako mogu memorirati i obrađivati na sve potrebne načine kako bi se osim trenutnih mjernih veličina u realnom vremenu dobila i srednja vrijednost aritmetičkog odstupanja profila, najveće visine i dubine hrapavosti profila, referentna duljina i drugi parametri hrapavosti površina. Najmanje rezolucije mjerenja suvremenih mjerača kreću se u rasponu 0,001 – 0,1 μm ovisno o vrsti mjerenja i odabranom mjernom opsegu. Naš Surtronic 112/1100 na najmanjem opsegu ima rezoluciju od 0,005 μm po podjeli, no vidimo kako je jedna podjela prilično široka te je unutar nje moguće dobiti očitanje i s rezolucijom od 0,001 μm što ga svrstava u red modernih mjerača hrapavosti. Moderni instrumenti osim obaveznog Cut off filtra mogu imati ugrađene i druge dodatne digitalne filtre za vršenje mjerenja po različitim važećim DIN i ISO standardima.
Šteta što uz naš uređaj nemamo njegovu originalnu iglu ticala sa pripadajućim pretvornikom i mehanizmom za njeno pozicioniranje i vođenje, no i kao ovakav sam uređaj Surtronic 112/1100 uz može poslužiti kao vrlo osjetljivo mjerno pojačalo široke namjene. Radi se o uređaju koji ulazi u prijelazno razdoblje sve veće upotrebe poluvodiča umjesto elektronskih cijevi. Stoga je za ispravljanje anodnog napona umjesto elektronske cijevi upotrijebljena tada najnovija silicijska poluvodička dioda BYX 10 (800V/360mA), za stabilizaciju istog upotrijebljena je zener dioda 1N 3048B (150V/5,7 mA). Također, za ispravljanje signala za mjerni instrument ugrađen je diodni most od četiri germanijske diode OA 79 koje nalazimo u elektroničkim uređajima od sredine 1960-tih do 1980-tih godina. Vidimo da su i sve ugrađene pasivne komponente dizajnom i tehnologijom bliže onima koje srećemo u uređajima iz 1970-tih i kasnijih godina što znači da su u ovaj uređaj ugrađene najmodernije komponente toga doba.
Pogled na mjerno pojačalo. Sasvim desno je dio elementa frekvencijskog filtra Cut off, nastavljaju se pojačala sa elektronskim cijevima ECC 83 i ECF 82 te slijedi diodni mosni spoj sa OA 79 za ispravljanje napona za instrument s pomičnim svitkom. Dva velika kondenzatora iznad dioda moguće služe za akumuliranje napona kako bi se usporila reakcija kazaljke instrumenta na brze promjene mjernog napona u realnom vremenu, odnosno kako bi se elektronički dobila neka srednja vrijednost napona u određenom vremenu. Iznad kondenzatora je silicijska poluvodička dioda BYX 10 koja služi za ispravljanje anodnih napona elektronskih cijevi.
Elektronske cijevi su potpuno oklopljene u uzemljena aluminijska kućišta kako bi se spriječio utjecaj vanjskih električnih i magnetskih polja na rad istih.
Ovdje vidimo montažu zener diode 1N 3048B za stabilizaciju anodnog napona na 150 V. Montirana je izravno na filtarski kondenzator 2 x 25μf/450V.
Bolji pogled na sklopku Cut off (desno) sa pripadajućim RC elementima i sklopku Range (lijevo) sa pripadajućim otpornicima (otpornički djelitelj napona).
Kalibracijski promjenjivi otpornici za podešavanje pojačanja pojačala i razine ulaznog napona u mjerni instrument.
Mrežni transformator ima sedam izvoda na primarnom namotu te se može podesiti na širok raspon mrežnih napona (100 – 115 – 127 – 150 – 220 – 240 V). Kad se transformator napaja mrežnim naponom 220 V, izvodi primarnog namota iskorišteni su i za dobivanje napona 110 V (autotransformator) koji se dovodi na priključnicu sa zadnje strane uređaja. Ovaj napon služi za napajanje električnog mehanizma za pogon, pozicioniranje i viđenje igle ticala (Surftronic Motor Drive Type: 112/1108). Na sekundarnoj strani mrežni transformator ima tri namota: 6,3 V za grijanje elektronskih cijevi, 220 V za anodne napone i 110 V koji se ovdje ne koristi.
Mjerač hrapavosti Surtronic 112/1100 jedan je od rijetkih cijevnih elektroničkih uređaja iz 1960-tih godina koji ne samo da se u izvornom obliku (bez veće restauracije) može koristiti i danas nego svojim karakteristikama ne zaostaje puno za najboljim modernim mjeračima hrapavosti kontaktnog tipa. Mjerači hrapavosti zbog preciznih mehaničkih sustava vođenja igle i električnih pretvornika općenito nisu jeftini uređaji, no mi ovaj naš primjerak ipak više ne možemo osposobiti za upotrebu jer mu nedostaju ključni navedeni dijelovi. No bez obzira na to najveće zadovoljstvo je ipak u tome što smo upoznali još jednu vrstu elektroničkih mjernih instrumenta, a sama komponenta Surtronic 112/1100 iako može odlično poslužiti kako kakav osjetljivi cijevni voltmetar ili ampermetar neka ipak ostane netaknuta zbog svoje povijesne uloge prvog na svijetu uređaja te vrste 🙂